Patent AT-523081-A1 (AT)
Title: Beizen von Stählen unter Verwendung einer Membran
Inventor: HORN JOAO
IPC: C25F1/06
Filed: 2019-10-15
Abstract: Wird C-Stahl und auch legierter Edelstahl bei hohen Temperaturen geglüht, gewalzt oder geschweißt, bildet sich eine Zunderschicht. Sie besteht aus Eisenoxid und Oxiden der anderen Metallzusammensetzung der entsprechend der Stahllegierung. Der Zunder haftet fest am Stahl und lässt sich mechanisch nicht vollständig entfernen. Dieser muss daher chemisch abgelöst werden. Bei der Edelstahlproduktion wird hierzu traditionell eine Beizlösung mit Salpetersäure (HNO3) und Flusssäure (HF) genutzt. Diese Mischsäure enthält in der Regel 100 g bis 150 g HNO3 und 30 g bis 80 g HF pro Liter. Gebeizt wird je nach Produktmix und Prozess zwischen 30°C und 70°C. Beide Säuren sind aggressiv und lösen auch den Stahl chemisch auf. In der Mischsäure fungiert die Salpetersäure als starkes Oxidationsmittel. Diese oxidiert Legierungsbestandteile wie Eisen, Nickel und auch – nur langsamer – Chrom, bei gleichzeitigem Zerfall zu NOX-Gas. Die Fluoridionen der Flusssäure sorgen dafür, dass die Metallionen, Komplexe bilden und in Lösung gehalten werden. Da nun die Grenzschicht weniger Chrom als die Legierung enthält, wird diese durch die Mischsäure auch eher chemisch aufgelöst. Diese Vorrichtung bzw. Verfahren zeigt eine neue Technologie auf, mit der man legierte Edelstähle ohne störende NOX-Bildung während des Beizprozesses, schonend, schnell und effizient den Zunder von der Oberfläche des Stahls befreit. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Beizen der Oberflächen von metallischen Bändern bzw. Stückgütern, insbesondere aus C-Stahl oder Edelstahllegierungen und ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die direkte Aufgabe des elektrischen Gleichstroms auf die Anode, welche der zu behandelnde Werkstoff gleichzeitig darstellt, einerseits Sauerstoff in statu nascendi, generiert wird und gleichzeitig dadurch das physikalische Absprengen der Metalloxiden an der Oberfläche des Werkstoffes, das chemische Beizen von Metalloberflächen ermöglicht, wobei durch eine semipermeable Membran auf der Kathodenseite, der entstehenden Wasserstoff separiert und aus dem Beizprozess ableitet wird. Die Erzeugung des, äußerst reaktiven atomaren Sauerstoffes an der Anode (Stahlband, Stahlplatte oder Stückgut) ersetzt somit die HNO3, wobei die Beizlösung die Metallkomplexe bilden und somit die Oberfläche des Edelstahls vom Zunder befreien. Die Kathode selbst ist in offenporigen und/oder porösen, säurebeständigen, elektrisch leitenden Metallen allgemein auch Hybridschaum genannt, gefertigt. Diese Katode ist in der Kathodenzelle mit einer semipermeablen Membran umhüllt, sodass die Wasserstoffproduktion, die zwangsweise während der Elektrolyse entsteht, separat passiert und aus dem Beizsystem abgeleitet werden kann. Diese semipermeable Membrane soll die Einlagerung von H2 in das zu beizende Werkstoff verhindern, damit es zu keiner Versprödung des Metalls kommen kann. Die Beizlösung (Mineralsäuren, wie z.B. HF, HNO3, H2SO4, H3PO4, HCl und die eventuelle Mischung daraus oder zB auch das Neutralsalz wie Na2SO4, K2SO4) dient hier als Transportmedium des elektrischen Gleichstromes und gleichzeitig als Beizlösung zur chemischen Auflösung, des an der Oberfläche des Edelstahls befindlichen Zunders. Der Zunder wiederum besteht aus Oxiden des Eisens und deren Begleit- bzw. Legierungselemente des Edelstahls, wie zB. Cr, Ni, V, Ti, Nb, Ta, Mo, W und ähnlichen Legierungselementen. Um die Leitfähigkeit des umlaufenden Elektrolyten zu erhöhen, kann Carbonsäuren und/oder auch Alkohole zugesetzt werden, damit wird 13 gleichzeitig die Stromausbeute erhöht. Diese Leitsalze werden durch die Elektrolyse zwar zerstört, hinterlassen jedoch keinerlei Rückstände, die eventuell beim Regenerieren der Altsäure störend wirken könnte. Durch die Anströmung des Elektrolyten bzw. der Beizlösung quer zum Bandlauf, kommt es gleichzeitig über die elektrisch isolierenden Abstandshalter zu einer mechanischen Turbulenz an den Seitenkanten und Oberfläche des Coils, welche die Ablösung des Zunders enorm unterstützt. Gleichzeitig wird separat Ascorbinsäure in die Umlauftanks der Beiz- bzw. Elektrolytlösung eingebracht, welche noch zusätzlich die chemische Reduktion des, für den Menschen toxischen Chrom6+ zum unbedenklichen Chrom3+ ermöglicht.